嵌入式系统与物联网融合发展趋势研究

徐英昭

摘 要：随着信息技术的迅速发展和通信网络的普及，物联网技术在日常生活中的应用日趋广泛，其关键技术也日趋成熟，产业体系也更加完善，给人们的日常生活带来了许多的便利。嵌入式系统与物联网相比，针对性更强，它的核心技术是信息技术、集成电子技术和传感器技术。文章主要讨论物联网和嵌入式系统的体系结构和关键技术，以及二者之间的融合发展趋势和应用领域。

关键词：物联网；嵌入式系统；智能传感器；智能技术；射频识别技术

1 物联网的结构和关键技术

1.1 物联网的体系结构

物联网是伴随着计算机技术和通信网络的迅速发展而出现的一种新技术，它的主要功能是利用智能识别设备通过感知、计算和分析来获取外部信息，继而通过互联网技术实现信息的交换和共享，从而将提供信息的对象互联。根据物联网系统各部分的功能可以将其体系结构分为3个部分，即信息感知层、网络传输层和应用层。

1.1.1 信息感知层

主要功能是通过具有自动感知能力的设备来获取外部信息，按其获取信息能力的方式可以分为自动感知信息设备和人工生成信息设备。自动感知设备包括智能传感器、射频识别设备、智能家电等，而人工生成信息设备主要是指集传感器技术和数字信息处理技术于一体的计算机、智能手机等设备。

1.1.2 网络传输层

网络传输层的功能是将感知层的自动识别设备所获得的信息传输给应用层。进行信息传输的方式有有线网络传输和无线网络传输，无线网络传输主要包括无线局域网和移动通信技术，有线网络传输的媒介包括电视电缆、电话线、现场总线等。

1.1.3 应用层

按其功能不同可以进一步分为管理层和行业应用层，管理层主要是起到缓冲作用，它通过一系列的软件来实现前端感知硬件和之后的应用软件之间的连接，并且具有强大的信息处理功能，可以将网络传输层发来的信息进行汇总、存储、计算处理，从而给之后的行业应用层提供安全可靠的信息。

1.2 物联网的关键技术

物联网的技术主要是为其功能而服务的，所以对技术的研究主要要从功能上入手。

1.2.1 信息获取技术

物联网体系结构中的第一部分就是信息感知层，对信息的识别和获取是物联网中一项关键的技术。目前所使用的技术主要包括二维码、传感器技术和射频识别技术。目前对信息的感知技术中还存在着一系列正待解决的问题，带来问题的原因一方面是所要获取的信息大多不是电信号，需要通过一定的设备将获取的信号转换为电信号，另一方面要获取的信号幅值和频率都比较低，容易被噪声淹没。因此，在信息提取技术方面需要提高敏感性，即提高对有用信息的检测能力，对于那些干扰信号则不予识别和检测。传感器技术是物联网的核心技术，它的发展依赖于集成电子技术和计算机技术，但由于检测信号的复杂性，在应用上还有一定的局限。

1.2.2 网络传输技术

物联网的功能主要是实现人与物、物与物之间信息的交换与共享，因此，信息传输技术也是其中关键的一环。在传输时既要保证信息的完整性和安全性，也要对海量的、复杂的信息进行处理，因为信息层所感知的信息数目是非常多的，如果不进行压缩处理就直接传递给后面的系统和设备，将会造成很大的负担，减慢设备的运行速度。保证信息安全性的方法主要有差错检测、奇偶校验等，对信息进行处理的技术主要包括对庞大信息的过滤、压缩和融合，目前应用比较多的技术主要是基于局部网络的算法，各种数据压缩方法。

1.2.3 应用技术

应用技术是为了应用层而服务的，它主要是将传感器所感知的，通过网络层传递的信息服务于手机、电脑等可以显示和信息处理的设备，以便工作人员或者用户对其进行控制和处理[1]。

2 嵌入式系统概念

嵌入式系统是随计算机技术、集成电子技术和半导体技术的迅速发展而出现的产物，顾名思义，嵌入式系统就是一种通过一定的技术手段嵌入到相关器件的内部，从而获取相应的信息或对器件进行控制，它通常是一个微型的计算机系统，具有一定的分析处理功能。根据嵌入式系统所嵌入的设备不同，可以实现不同的功能，因此它具有很强的专用性，可以实现控制、辅助或者監视设备运行的功能。

嵌入式系统其实在我们身边应用十分广泛，通常包括软件部分和硬件部分，硬件部分包括处理器、存储器和输入输出接口。存储器通常是ROM，用来存放具有指定功能的指令，处理器执行运算、控制等操作，输入输出接口则用来实现与外部的信息交流。对于一个功能确定的嵌入式系统来说，它的软件系统也已基本固定。由于嵌入式系统需要嵌入其他设备中进行工作，所以在结构上必须小巧精简，才能达到使用的要求。因此，嵌入式系统的处理器一般都比较微小，软件系统也比较精简，不需要明确区分系统软件和应用软件，为了使用时的效率，也应该保持足够高的可靠性[2]。

3 物联网与嵌入式系统的区别和联系

从上文的分析中我们可以知道，物联网的主要功能是信息的传送和共享，而嵌入式系统主要是一种微型计算机系统，它是根据嵌入对象所需要的功能而设计的。二者在功能上的主要区别是嵌入式系统具有针对性，它可以根据不同的设备而改变，应用于不同的地方就会具有不同的功能；而物联网主要是通过前端的感知设备获得信息，进而通过网络的传输实现信息的共享。嵌入式系统通过一定的设计就可以实现物联网的功能，因此，物联网是包含在嵌入式系统之中的，随着目前嵌入式系统技术的不断发展，二者之间出现了互相融合的趋势，即在嵌入式系统中应用物联网技术。

4 物联网之“物”与嵌入式系统设备

物联网就是将物和物之间用网络连接起来的互联网，物联网中的“物”通常是指物理设备，包括汽车、家用电器和其他的电子设备以及其中的传感器。在这些物联网终端的电子器件中，大多数都应用到了嵌入式系统，比如，汽车中使用的内嵌GPS模块以实现车辆的定位和行驶过程中的导航；在家用电器，如空调、冰箱等也通过嵌入式系统实现了网络化。因此，在物联网之中相互连接，用来感知信息的物体大多数都应用到了嵌入式系统设备以实现各种功能。随着互联网技术和传感器技术的迅速发展，嵌入式系统已经越来越广泛地应用到物联网中，从而提高物联网前端设备对信息的获取和感知能力。

5 物联网中应用的嵌入式系统

5.1 嵌入式智能传感器

物聯网中的传感器是物联网获取外界信息的前提，因此，发展传感器技术对物联网的发展至关重要。计算机技术的发展和人工智能浪潮的出现使得智能传感器技术也取得了一定的突破，在物联网中应用智能传感器可以极大地节省人力物力资源，提高工业生产效率。智能传感器与普通的传感器相比具有自行分析、决策和判断的能力，并可以通过输入输出接口与外界进行信息的交流。为了实现自行分析和决策的功能，在智能传感器中通常会集成一系列的芯片，再通过软件写入指令，目前应用较多的是CMOS和MESM所结合的技术。

5.2 嵌入式智能技术

嵌入式智能技术是将智能化的设备作为一个嵌入式系统嵌入到需要为其服务的设备中，在技术上是人工智能、计算机技术与嵌入式技术的融合。为了实现智能化，必须要求具有强大的计算能力，海量的数据以及足够高效的算法。嵌入式智能技术对软件和硬件的要求都比较高，硬件的体积越小越好，否则会影响设备的运行，因此，芯片的集成度要足够高；在软件方面，设计上需要实现对信息感知端发来的设备进行处理，并且做出反馈。目前嵌入式智能技术已经广泛用于智能家电的设计中，再通过物联网就可以实现对家具电器的远程遥控，这极大地便利了人们的生活。

5.3 射频识别技术

射频识别技术本质上是一种电磁感应技术，它是通过无线电波来对需要识别的目标进行判断的，因此，在识别的过程中不需要接触就可以得到结果，是一种无线通信技术。实现射频识别的系统通常由两个部分组成，一个部分用来阅读，另一个部分则用来应答。阅读器中装有天线，用来发射和接受无线电波，同时还有进行逻辑控制的单元和射频接口。应答器其实就是一个电子标签，为了识别的特异性，每一个应答器上的标签都是不同的，正如每个人的身份证号都是不同的。应答其中同样也有用来通信的天线，除此之外，还具有IC芯片来实现特异性。应答器和阅读器的能量转换过程都是通过电磁感应来实现的[3]。

6 结语

互联网的发展和普及为实现物联网的应用提供了前提条件，而近年来传感器技术和射频识别技术的广泛应用使得嵌入式系统得以在物联网领域大展身手。物联网和嵌入式系统的融合将是必然趋势，它必将为人们的生活带来极大的便利。

[参考文献]

[1]杨辉，王毅.物联网与嵌入式系统的关系研究[J].计算机与现代化，2011（8）：127-128.

[2]杨迪娜.嵌入式系统联谊会“物联网教育和产业发展区趋势”探讨[J].单片机与嵌入式系统应用，2015（8）：1-2.

[3]钱素娟，李姗姗.基于国家中心城市郑州物联网的发展建议[J].电脑知识与技术，2017（31）：302-304.